一种以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：(1)将未经煅烧的8～12g高岭土、0.12～0.15g钛酸酯偶联剂分散于15～20ml无水乙醇中，研磨30～60min，烘干并回收乙醇，制得亲水改性高岭土；(2)将78～85g水性聚氨酯、15～21g改性高岭土、0.5g消泡剂和0.5～1.5g增稠剂混合，球磨分散30 60min，得到以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料。本发明制得的改性高岭土在水中的悬浮率达到85～92％。填料价廉，且球磨工艺简单，低耗能、环保。较高量的亲水改性高岭土添加到水性聚氨酯涂料中，涂料的综合性能改善明显：本发明制备的水性聚氨酯涂料胶膜坚硬且粘接力强、耐水性、耐候性较好。
【专利说明】
一种以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及涂料应用领域，具体为一种以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料的制备方法。
【背景技术】
[0002]水性聚氨酯涂料是以水分散性聚氨酯树脂为基料，在施工应用过程中以水作分散剂的一种水性涂料。具有漆膜物理机械性能好、耐腐蚀性良好、可以在室温乃至低温下固化等优点；通过原料的选用、组分的配合以及助剂的应用，制造出用于不同领域的性能特点各异的涂料。与传统的溶剂型涂料相比水性聚氨酯涂料的最大优点是大大降低了挥发性有机溶剂的用量或基本上消除了溶剂的存在，而符合环保要求。
[0003]高岭土作为填料或功能性填料在塑料、涂料、橡胶等行业中广泛应用，不仅可降低有机高分子制品的成本，更重要的是能够提高其机械性能、热稳定性等。对高岭土进行表面亲水改性，可提高高岭土亲水性，改善高岭土在水性聚氨酯涂料中的稳定，增加其添加量。当高岭土添加达到一定量且分散均匀时，聚合物基体与粘土片层具有良好结合和粘土片层的平面取向作用，这些片层对于水分子和单体分子来说是不能透过的，迫使溶质要通过围绕硅酸盐粒子弯曲的路径才能通过薄膜，提高了扩散的有机通道长度，使水性聚氨酯胶膜表现出良好的尺寸稳定性、水分子及热量的阻透性。
[0004]高岭土经表面修饰后，添加到涂料中，已成为高岭土最有发展前途的应用领域之一。目前，高岭土作为填料制备的涂料较多:管俊芳等将高岭土、十六烷基三甲基溴化铵、机油和硅烷的混合物、钛酸酯放入高速混合机中搅拌制得改性高岭土产品。该方法中钛酸酯、硅烷偶联剂起桥梁作用，连接有机相机油和无机相高岭土，使得高岭土表面包覆疏水基团。该方法制得的改性高岭土表面亲油疏水，适合用在橡胶、塑料以及溶剂型涂料中，若应用在水性聚氨酯涂料中则会有相容性较差、团聚较明显的缺点。
[0005]尹荔松等通过碱金属硅酸盐与小粒径的硅溶胶复配在成膜过程中能形成的S1-O-Si聚合物网状结构，添加到有机聚合物乳液中能改善涂料的成膜性能。该方法形成的S1-O-Si聚合物网状结构在聚合物乳液中起到物理交联点的作用，使得乳液粘度急剧增大，给后期涂料的喷涂带来困难。
[0006]王庭海以煅烧高岭土、焙烧硅藻土、钠基膨润土和水玻璃为基料，按比例加入水基载体制备成涂料。该方法用到的高岭土为煅烧高岭土，虽然煅烧高岭土表面具有一定的亲水性，但是表面的亲水基团的密度有限使得煅烧高岭土在水性涂料中分散不均匀，涂膜易开裂、硬度不均一。
[0007]陆志强将聚氨酯树脂、聚四氟乙烯、高岭土、二甲基硅油、醋酸乙酯、丙二醇混合搅拌后制备得一种耐磨聚氨酯涂料。该方法制备的是溶剂型聚氨酯涂料，成膜过程中挥发的大量有机溶剂对环境危害较大。
【发明内容】
[0008]本发明所解决的技术问题在于提供一种以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料的制备方法，以解决上述【背景技术】中的问题。
[0009]本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:一种以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤:
[0010](I)将未经煅烧的8 128高岭土、0.12 0.15g钛酸酯偶联剂分散于15 20ml无水乙醇中，研磨30 60min，烘干并回收乙醇，制得亲水改性高岭土；
[0011](2)将78?85g水性聚氨酯、15?21g改性高岭土、0.5g消泡剂和0.5?1.5g增稠剂混合，球磨分散30 60min，得到以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料。
[0012]所述以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料，其胶膜的拉伸强度为15?24MPa、断裂伸长率为412?448%、硬度64?82邵A、吸水率1.3?1.82%、最大热分解温度359?379Γ。
[0013]所述钛酸酯偶联剂为双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯。
[0014]所述的水性聚氨酯为脂肪族水性聚氨酯、芳香族水性聚氨酯中的一种或两种，固含量为30?55 %，乳液粘度30?10mPas;粒径分布60?200nm。
[0015]所述消泡剂为有机硅、植物油消泡剂中的一种或两种。
[0016]所述增稠剂为有机膨润土、醋酸丁酯纤维素、非离子型水性聚氨酯中的一种或几种混合。
[0017]与已公开技术相比，本发明存在以下优点:
[0018](I)本发明制得的改性高岭土在水中的悬浮率达到85?92%。
[0019](2)本发明制得的改性高岭土在水性聚氨酯涂料中可以达到较高的添加量，且分散均匀(如附件I所示，胶膜表面的扫描电镜照片显示，经过改性的高岭土在胶膜中含量达到18%时分散良好，观测范围没有明显的团聚现象;局部放大图，可以看出改性高岭土的片层镶嵌在聚氨酯基体中，两相界面模糊，这是由于高岭土带有活性基团，便于偶联剂作为桥梁，连接高岭土颗粒与聚氨酯链，增强两相界面附着力)、涂料储存稳定性好。(请结合图1分析说明有益技术效果)
[0020](3)本发明亲水改性高岭土作为填料制备水性聚氨酯涂料:填料价廉，且球磨工艺简单，低耗能、环保。
[0021](4)较高量的亲水改性高岭土添加到水性聚氨酯涂料中，涂料的综合性能改善明显:本发明制备的水性聚氨酯涂料胶膜坚硬且粘接力强、耐水性、耐候性较好。随着钛酸酯改性高岭土在水性聚氨酯中加入量增加，胶膜的拉伸强度由15MPa增加到24MPa，断裂延伸率由408%增大为448%，硬度由邵A 53增加至82，耐水性由24h清水浸泡吸水率6.8%降低到1.31 %。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的水性聚氨酯涂料涂膜经冷冻脆断后，断裂面的微观形貌图。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]以下实施例中
[0025]双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯为南京能德化工有限公司提供(牌号TCA-311W)；
[0026]实验室合成的脂肪族水性聚氨酯，其软段以N210为主，异氰酸酯为IPDI;芳香族水性聚氨酯其软段为N210，异氰酸酯为TDI。
[0027]消泡剂:有机硅、植物油消泡剂
[0028]增稠剂:为有机膨润土、醋酸丁酯纤维素或非离子型水性聚氨酯。
[0029]实施例1
[0030]一种以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤:
[0031](I)将未经煅烧的60g高岭土、0.9g双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯分散于120ml无水乙醇中；球磨机转速200r/min条件下研磨Ih，回收无水乙醇，在50 °C烘箱中，干燥24h，制得亲水改性高岭土。
[0032](2)将水性聚氨酯85g、亲水改性高岭土 15g、水性有机硅消泡剂0.5g和非离子型水性聚氨酯增稠剂1.5g混合;行星球磨机转速200r/min条件下球磨分散lh，得到改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料；其拉伸强度为19MPa、断裂伸长率为443%、硬度邵A68、吸水率2.47%,最大热分解温度359 0C。
[0033]实施例2
[0034]一种以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤:
[0035](I)将未经煅烧的60g的高岭土、0.9g的双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯分散于120ml的无水乙醇中；球磨机转速200r/min条件下研磨lh，回收无水乙醇，在50°C烘箱中，干燥24h，制得亲水改性高岭土。
[0036](2)将聚氨酯乳液82g、亲水改性高岭土 18g、水性有机硅消泡剂0.5g和非离子型水性聚氨酯增稠剂Ig混合;行星球磨机转速200r/min条件下球磨分散1.5h，得到改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料;其拉伸强度为20.7MPa、断裂伸长率为448%、硬度邵A75、吸水率1.64%、最大热分解温度371°C。
[0037]实施例3
[0038]一种以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤:
[0039](I)将未经煅烧的60g的高岭土、0.9g的双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯分散于120ml的无水乙醇中；球磨机转速200r/min条件下研磨lh，回收无水乙醇，在50°C烘箱中，干燥24h，制得亲水改性高岭土。。
[0040](2)将聚氨酯乳液78g、亲水改性高岭土 22g、水性有机硅消泡剂0.5g和非离子型水性聚氨酯增稠剂0.5g混合;行星球磨机转速200r/min条件下球磨分散2h，得到改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料；其拉伸强度为24MPa、断裂伸长率为420%、硬度邵A82、吸水率1.31 %、最大热分解温度379 °C。
[0041]钛酸酯改性高岭土加入量为18%的水性聚氨酯涂料，干燥涂膜经冷冻脆断后，经扫描电镜对断裂面进行分析，结果见图1。由图1中左侧图可见，经过改性的高岭土在水性聚氨酯胶膜中的分散较好，没有明显大的聚集，而右侧的放大图进一步可见，改性高岭土在胶膜中有较低程度的聚集，改性高岭土的片层镶嵌在聚氨酯基体中，两相界面模糊，这是由于高岭土带有活性基团，便于偶联剂作为桥梁，连接高岭土颗粒与聚氨酯链，增强两相界面附着力。
[0042]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)将未经煅烧的8?12g高岭土、0.12?0.15g钛酸酯偶联剂分散于15?20ml无水乙醇中，研磨30?60min，烘干并回收乙醇，制得亲水改性高岭土； (2)将78?85g水性聚氨酯、15?21g改性高岭土、0.5g消泡剂和0.5?1.5g增稠剂混合，球磨分散30 60min，得到以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料。2.根据权利要求1所述的一种以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于:所述以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料，其胶膜的拉伸强度为15?24MPa、断裂伸长率为412?448%、硬度64?82邵A、吸水率1.3?1.82%、最大热分解温度359?379Γ。3.根据权利要求1所述的一种以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于:所述钛酸酯偶联剂为双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯。4.根据权利要求1所述的一种以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于:所述的水性聚氨酯为脂肪族水性聚氨酯、芳香族水性聚氨酯中的一种或两种，固含量为30?55 %，乳液粘度30?10mPas;粒径分布60?200nm。5.根据权利要求1所述的一种以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于:所述消泡剂为有机硅、植物油消泡剂中的一种或两种。6.根据权利要求1所述的一种以改性高岭土为填料的水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于:所述增稠剂为有机膨润土、醋酸丁酯纤维素、非离子型水性聚氨酯中的一种或几种混合。
【文档编号】C09D175/04GK106010202SQ201610640316
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月5日
【发明人】黄毅萍, 石阳阳, 宋海峰, 许戈文, 张良良
【申请人】安徽大学